CN86106890B

CN86106890B - 全方位红外报警器

Info

Publication number: CN86106890B
Application number: CN86106890A
Authority: CN
Inventors: 张先明; 王泽普
Original assignee: North China Research Institute of Electro Optics
Current assignee: North China Research Institute of Electro Optics
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1988-08-24
Also published as: CN86106890A

Abstract

本发明为一种数字化的具有记忆功能的对活动目标报警的旋转扫描式红外报警器。它在方位编码脉冲控制下把扫描得来的同方位的前后两周信号相比较，当差值高于报警门限时报警，可同时具有较远的作用距离和低虚警概率，既可全方位监视也可具有３６０°以下的任意视场，结构简单，并且不会产生积累误差，可靠性好，可用于人体入侵报警和火灾报警。

Description

全方位红外报警器

本发明涉及用于入侵和火灾报警的报警器，特别是涉及一种旋转扫描式红外报警器。

已有技术中的旋转扫描式红外报警器，有《激光与红外》1978年第6期67页公布的“森林探火红外报警装置”和supIE Vol.197Modern Utilization of Infrared Technology V（1979）/237公布的“森林探火仪”，都是用于火灾报警的装置。它们由一个可做旋转扫描的光学系统、一个红外探测器和一个将探测信号与固定报警门限电平相比较的信号处理系统构成。光学系统的旋转扫描，使报警器具有360°视场，可作到全方位监视。同时，使探测器对它的背景与活动目标具有了同样的探测能力，其信号处理方式是当探测信号高于报警门限时，发出报警信号。因此，这种报警器无法识别背景与活动目标;只能根据探测信号的强弱，对比背景辐射强得多的目标报警，而对目标辐射与背景辐射相接近的活动目标则无能为力。因此，已有的旋转扫描式红外报警器不能用于人体入侵报警。在用于火灾报警时，由于背景比较复杂，例如，在报警器周围可能存在被阳光晒得很热的岩石和存在大平面反射阳光等强背景辐射的情况，其虚警概率也是很高的。为了降低虚警概率，只得提高报警门限，但这样就减小了报警器的作用距离，使已有旋转扫描式报警器的应用范围大受限制。除此之外，3，678，492号美国专利中公开了一种被动式电磁辐射型监视系统。该系统具有用于收集被监视区域的电磁辐射的光学扫描旋转机构，以及用于将收集到的电磁辐射转换为电信号的换能器。该系统还具有一个与上述光学扫描旋转机构保持固定传动关系并随其旋转的磁鼓和与该磁鼓保持固定关系的电磁信号读写系统。在磁鼓上能够存储至少两个扫描周期的扫描信号，从而可通过读写系统对两个周期的信号进行对应位置的连续比较。仅当进行比较的两个信号的差值超过一个预定值时，该系统即输出一个报警信号。该系统实现了对被监测环境中活动目标的自动报警，较好的解决了背景与活动目标的识别。但是采用磁鼓作为信号存储装置时，由于磁鼓和用于读写的磁头为易磨损部件，在运行过程中该系统由于机械运动、器件磨损和环境干扰等因素容易引入噪声，使系统的灵敏度下降、虚警概率提高，并使系统的工作寿命受到极大的限制。在连续运行过程中对系统的维护成本也较高。此外，在监测过程中，当系统发现异常信号时，不能自动给出异常情况的定位信息。如果要对异常情况进行定位还需增加附加部件。最后，该系统的机械结构复杂，体积较大，因而成本也相对较高。

本发明针对上述问题对已有旋转扫描式报警系统进行了改进。其目的是通过采用方位编码脉冲来控制经过A/D转换的两个周期扫描信号的存入和取出，以此实现对两个周期的数字化扫描信号进行对应点的比较，从而提供一种可识别活动目标的全方位入侵及火灾报警器。这种报警器可进行远距离探测，其视场在360°内任意选择。对于火灾报警，可减小虚警概率。

本发明的旋转扫描式红外报警器，其光学系统各周扫描轨迹相同，因此，在视场内没有活动目标出现时，扫描得来的各周期数字信号应重复性很好，如果前后两周信号不重复，则说明在视场内出现活动目标。通过改进已有的信号存取方式，使报警器在方位编码脉冲的控制下比较前后两周扫描信号，在检出不重合信号时报警，即可有效地将背景与报警活动目标区分开，消除背景辐射干扰物的影响，使之只对活动目标报警。在报警的同时，可根据方位编码脉冲确定报警目标的方位。

根据上述发明思想，本发明包括一个可做旋转扫描的光学系统，红外探测器和前置放大器，一个具有记忆装置和可将前后两周信号比较的装置的信号处理系统，一个能产生方位编码脉冲的脉冲信号发生器，一个报警系统。

随光学系统的扫描，红外探测器将周围的红外信息转换成为电信号，经前置放大后送处理系统处理，信号处理系统把扫描信号通过A/D变换装置变成数字量，在方位编码脉冲的控制下，信号存储装置把信号记忆下来;由信号比较装置将同方位的前后两周扫描信号逐点进行比较，当其差值高于报警门限时，发出报警信号，由报警系统报警。

信号处理系统中的A/D变换装置包括A/D变换器和起展宽作用的单稳触发器。信号存储装置包括读写存储器和地址发生器。比较装置包括D锁存器和比较器及延迟器，单稳触发器用于保证各部件的输出信号有正确的相位关系。

本发明通过采用数字电路进行信息处理，降低了系统的噪声并避免信息存取过程中的机械磨损，因而使系统的成本降低，可靠性提高，并增加了监测灵敏度。因此，报警门限可以设立得较低，使报警器能很准确地判断出视场内入侵的活动目标和跳动的火焰。与已有的旋转扫描式报警器相比，具有较低的虚警概率，并保留了可全方位监视及消除背景噪声、无积累误差的优点，还可通过冷屏拦挡使报警器具有360°以下的任意视场。

图1是本发明原理图;

图2是本发明的光学系统与脉冲信号发生器的示意图;

图3是脉冲信号发生器中码盘的示意图;

图4是本发明信号处理系统示意图;

图5是信号处理系统各部分工作的相位关系图。

图1中1为可作旋转扫描的光学系统，2为红外探测器，5为前置放大器，3为脉冲信号发生器，4为信号处理系统，43为报警系统，6为A/D变换器，7为读写存储器，8为地址发生器，9为D锁存器，10为比较器。

下面结合附图说明本发明的实施例。

图2所示是本发明的光学系统1和脉冲信号发生器8，光学系统由主镜15和次镜14构成，主镜15为二次曲面反射镜，次镜14为平面反射镜，二者均安装在镜筒13上，红外探测器2位于光学系统的焦点，脉冲信号发生器3由码盘18、光电发射管19、20、光电接收管21、22构成，码盘18与光学系统的轴筒25固定在一起，电机16转动时，由齿轮或胶轮17带动码盘18转动;光学系统1与码盘18同轴转动，对周围环境进行360°扫描，将其接收到的红外辐射会聚到位于系统焦点的红外探测器上。

码盘18如图3。码盘上有若干个小孔24和一个起始位置孔23，这些小孔分布在一个与码盘同心的圆周上，在与小孔24和标志孔23对应处，码盘上、下分别安装光电发射管19、20，光电接收管21、22。当码盘转动时，光电接收管21、22把通过标志孔23、小孔24接收到的光脉冲变为起始电脉冲和采样电脉冲。起始脉冲和采样脉冲共同构成方位编码脉冲，给出方位编码。当一个小孔从光电发射管和光电接收管之间通过时，便有一个采样脉冲送入A/D变换器，A/D变换器便采样一次。光学系统扫描一周，脉冲信号发生器发出的脉冲数等于小孔数N。为了不丢失红外信息，光学系统每扫过一瞬时视场要至少采样一次。因此，码盘上的小孔数N最好大于或等于总视场S2与瞬时视场S之比，即：N≥S2/S，同时这N个小孔等距分布。

镜筒13的俯仰角可制成可调式。在调整镜筒13的俯仰角时应相应调整次镜14的角度。

图4所示是信号处理系统4。探测器2输出的信号经前置放大器5放大后接到A/D变换器6的“IN”，A/D变换器6的“OUT”接读写存储器7的数据线38。地址发生器8与读写存储器7的地址线39相接。A/D变换器6的“WR”、地址发生器8的“CLC”及D锁存器的C端均接脉冲发生器3的采样脉冲的输出端。地址发生器8的“CLR”接脉冲信号发生器3的起始脉冲输出端。当一个采样脉冲到来时，A/D变换器6开始工作;采样脉冲结束时，使地址发生器8加一。光学系统完成一周扫描时，脉冲信号发生器3发出一个起始脉冲，使地址发生器8清零。为了提高精度，两周信号用模拟量进行比较，因此，比较器10由两个D/A变换器11、12，差动放大器及与非门37构成。差动放大器包括运算放大器35和电阻31、32、33、34，比较器中的报警门限可以设立在D/A变换器11、12上或设立在与非门37上。D锁存器9的D端、D/A变换器12的输入端均与数据线38相通。D锁存器9的Q端接D/A变换器11。为了各部件输出信号有正确的相位关系，在A/D变换器6的“INTR”联一单稳触发器26。单稳输出分别控制A/D变换器6的“RD”、读写存储器7的“WR”。单稳输出经延迟器27延迟后控制与非门37。延迟器27由电阻28、电容29和与非门30构成，它保证D/A变换器11、12输出的两个信号在差动放大器完成比较时，与非门37处于开启状态。

图5为信号处理系统中单稳26输出的波形40、D锁存器Q端输出的波形41及数据线38，地址线39随采样脉冲变化的情况。光电接收管22输出的采样脉冲如波形42，A/D变换器每次变换结束由“INTR”输出低电平触发单稳26，单稳则输出低电平使A/D变换器6的信号读出并同时写入存储器7和加到D/A变换器12上，单稳经过一段时间回到稳态高电平。这时，A/D变换器6输出为三态，存储器7处于读状态，其中的数据输出到数据线38上，当采样脉冲再次出现上升沿时此数据（即上周信号）锁存到锁存器9的Q端，同时加到D/A变换器11上。因此，在每个采样脉冲到来并延时一段时间后，就有同一点的两个数据（两周信号）被加到D/A变换器11和12上，12上为前一周信号，11上为这一周信号，经D/A变换器两信号变为模拟量送到差动放大器中相减，当差值高于报警门限时即发出报警信号，由警报装置43发出警报。

对于报警，只需目标轮廓信号即可，所以可在探测信号经前置放大后进行窄带滤波只保留高频信号，可以进一步减小噪声干扰，增大系统信噪比，提高报警器的作用距离。

由于本发明对不活动的背景不会报景，因此，在报警器上安装一个可调节弧度的不随镜筒13转动的冷屏（挡板）使光学系统扫描到一定角度范围时，被冷屏阻挡，其视场内充满冷屏。调节冷屏弧度可使报警器得到360°以下的任意视场。

Claims

1、一种旋转扫描式红外报警器，它包括对被监视区域进行旋转扫描的光学系统;将扫描得到的信息转变为相应的电信号的红外探测器;前置放大器;用于存储在两个扫描周期中得到的电信号的信息存储装置;用于将同方位相邻两个扫描周期的电信号逐点进行比较并在其差值高于预定值时发出报警信号的信息比较装置;以及警报装置，其特征在于：它还包括能产生方位编码脉冲的脉冲信号发生器以及A/D变换装置，方位编码脉冲控制A/D变换装置、信息存储装置、以及信息比较装置的工作。

2、如权利要求1所述报警器，其特征在于其脉冲信号发生器由与光学系统同步转动的码盘和光电发射管、光电接收管组成，输出的方位编码脉冲包括采样脉冲和起始脉冲。

3、如权利要求2所述报警器，其码盘上带有若干个小孔和一个起始位置标志孔，这若干个小孔分布在一个其中心与码盘的转动中心重合的园周上，当码盘转动时，小孔和标志孔在光电发射管和光电接收管之间通过。每通过一个小孔，脉冲信号发生器便输出一个采样脉冲，码盘每转过一周，标志孔通过一次，输出一个起始脉冲。

4、如权利要求1所述报警器，其特征在于其A/D变换装置，包括A/D变换器和单稳触发器。

5、如权利要求1所述报警器，其特征在于信息存储装置包括读写存储器和地址发生器。

6、如权利要求1所述报警器，其特征在于信息比较装置包括D锁存器，比较器及延迟器。

7、如权利要求6所述报警器，其特征在于其中比较器由两个D/A变换器、一个差动放大器和一个与非门构成，并设有报警门限电平。

8、如权利要求3所述报警器，其特征在于其A/D变换装置包括A/D变换器和单稳触发器，信号存储装置包括读写存储器和地址发生器，比较装置包括D锁存器，延迟器及一个由两个D/A变换器，一个差动放大器和一个与非门构成的比较器，A/D变换器的“WR”，D锁存器的C端，地址发生器的“CLC”均由采样脉冲控制，地址发生器的“CLR”由起始脉冲控制，单稳触发器的输入端联接A/D变换器的“INTR”，其输出信号控制A/D变换器的“RD”、读写存储器的“WR”，并经过延迟器延迟后控制比较器的输出，报警门限设立在D/A变换器或与非门上。